CN104395653B - 压缩机、密封气体传输、及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于涡轮机转子轴上的端部密封件的密封气体传输系统，该密封气体传输系统包括：密封气体通路(122)，该密封气体通路用于将密封气体传输至端部密封件；以及密封气体分配器(140)，该密封气体分配器用于从密封气体通路(122)接收至少一部分密封气体，该密封气体分配器(140)具有多个孔(160)以用于在涡轮机停机期间围绕转子轴(120)分配密封气体；所述孔定位在圆柱形表面上并且典型地全部围绕所述转子轴布置，优选地全部围绕所述转子轴规则地布置。

Description

压缩机、密封气体传输、及方法

技术领域

本文中所公开的主题的实施例总体涉及涡轮机，并且更具体地，涉及将密封气体传输到压缩机端部密封件中。

背景技术

压缩机是通过使用机械能量加速工艺流体的微粒从而最终增加工艺流体(例如，气体)的压力的机器。压缩机通常用于能源工业中，以制造、处理、再注入并且运输多种不同类型的气体。多种类型的压缩机中存在所谓的离心式压缩机，在所述离心式压缩机中，机械能量通过离心加速操作输入压缩机的工艺流体，例如，通过使工艺流体通过其中的离心式叶轮旋转。更通常的，可以说离心式压缩机是被称为“涡轮机”或“涡轮旋转机器”的一类机械的部件。

多种涡轮机，并且具体而言，离心式压缩机涉及到轴端部密封件的使用，密封气体可以被注入所述轴端部密封件中，以例如改进产生防止工艺气体泄漏的屏障的密封性能。多种压缩机现在在压缩机的任一个或两个端部处设置有一个或多个干燥气体密封件，以改进机器性能并且减少工艺流体泄漏。例如，并且如图1和图2中所示，压缩机10可以包括转子轴20，该转子轴20相对于定子12可旋转地布置。呈干燥气体密封件形式的轴端部密封件(在图中大体示为14)可以布置于转子轴20与定子12之间。干燥气体密封件14可以包括初级和次级密封转子环26以及初级和次级密封定子环28，所述初级和次级密封定子环28均朝向初级和次级密封转子环26中相应的一个偏置。在压缩机10操作期间，干燥气体转子密封环26和定子密封环28中的凹槽(未示出)可以产生流体动力，以产生运转间隙，所述运转间隙在密封环之间不接触的情况下提供密封功能。

密封气体(典型地，经过过滤的工艺气体)可以被供给至干燥气体密封件以支承运转间隙并且以其它方式改进压缩机10的性能。如图1和图2中所示，密封气体可以通过定子12中的开口30传输。

在压缩机10操作期间，工艺气体所经受的压缩过程以及其它过程所产生的热常常产生大量的热，所产生的大量的热被密封(工艺)气体吸收。此外，密封气体可以另外由专用装置加热，例如加热器或换热器，以有助于防止或抑制可能在密封气体于干燥气体密封件内膨胀期间或之前可能发生的凝结。因此，通过端口30进入干燥气体密封件的密封气体可以具有例如相对于环境空气以及/或者已存在于干燥气体密封件14内的气体的高温。

在临时压缩机关机期间，该热密封气体可以继续被供给至干燥气体密封件。此外，密封气体的温度可以在临时压缩机关机期间进一步升高，原因是例如从静止压缩机部件吸收余热。

在临时关机期间被连续供给至压缩机的密封气体内的热可能造成接近干燥气体密封件14的轴20上的区域或多个区域变得不均匀地受热，即，转子轴20的一个或多个区域可能相对于轴20的相邻区域产生温度差。这些所谓的热点能够造成潜在的问题。例如，通过端口30进入干燥气体密封件的密封气体可以冲击邻近压缩机转子轴的干燥气体密封件部件，或者更坏地，直接冲击转子轴本身的表面。根据某些因素，例如通过邻近转子轴的干燥气体密封件的部件的传热率、密封气体的流率、密封气体的温度等，一个或多个这种热点可能造成转子轴中的变形，例如，弯曲、扭曲等。在随后的压缩机启动期间，旋转组件中的振动可能作为变形的结果被引起。该振动的大小可能足以使压缩机容易受到损坏，特别是当压缩机接近其第一临界速度时。这种振动可能使得必须进行一次或多次额外的临时关机和重启，以允许消除旋转组件的不均匀加热并且改善变形。在严重的情况下或者在对压缩机的与振动相关的损坏的情况下，可能需要完全关机。

因此，需要一种压缩机，并且更具体地，需要一种密封气体传输系统，该密封气体传输系统使密封气体热量在端部密封件内均匀地分布，这允许压缩机在临时关机之后更容易地重启、防止热密封气体局部冲击压缩机的转子轴、防止转子轴的热变形、提供低成本的容易的改造解决方案、保持压缩机和干燥气体密封件的现有的重量、构造、和操作方式并且提供由压缩机轴旋转实现的热分配的备选形式。

发明内容

根据示例性实施例，一种用于涡轮机转子轴上的端部密封件的密封气体传输系统，该密封气体传输系统包括：密封气体通路，该密封气体通路用于将密封气体传输至端部密封件；以及密封气体分配器，该密封气体分配器用于从密封气体通路接收至少一部分密封气体，该密封气体分配器具有多个孔，以用于在涡轮机停机期间围绕转子轴分配密封气体；所述孔定位在圆柱形表面上；通过该方式，由分配器围绕轴在密封气体中引起旋涡。

所述孔典型地沿圆形布置。

所述孔优选地全部围绕所述转子轴布置，更优选地全部围绕所述转子轴规则地布置。

根据另一个示例性实施例，一种涡轮机包括：定子；转子轴，该转子轴能够相对于定子旋转；端部密封件，该端部密封件布置于定子与转子之间；密封气体通路，该密封气体通路用于将密封气体传输到端部密封件；以及密封气体分配器，该密封气体分配器用于从密封气体通路接收至少一部分密封气体并且围绕转子轴分配密封气体；该密封气体分配器具有多个孔并且其孔定位在圆柱形表面上；通过该方式，在涡轮机停机期间，基于密封件中的孔的取向围绕轴在密封气体中引入旋涡。

典型地，提供容器以用于容纳密封气体；该容器流体连接至密封气体分配器。

一种操作包括位于其转子轴上的端部密封件的涡轮机的方法包括以下步骤：在涡轮机停机期间将密封气体传输至端部密封件；以及通过全部围绕转子轴布置的多个孔围绕转子轴分配密封气体以防止转子轴的不均匀加热。

优选地，为了围绕轴在密封气体中引入较强的旋涡，从所述孔中的至少一些孔、优选地全部孔喷出的密封气体流相对于与转子轴的纵向轴线相关地限定的相应的径向方向倾斜。

附图说明

结合到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例并且与描述一起解释了这些实施例。在附图中：

图1是压缩机的局部横截面图。

图2是图1中所示的压缩机的局部剖视图。

图3是根据示例性实施例的压缩机的局部横截面图。

图4是图3中所示的压缩机的分配器的局部透视图。

图5是根据另一个示例性实施例的压缩机的局部横截面图。

图6使图5中所示的压缩机的分配器的局部透视图。

图7示出了根据示例性实施例的方法。

具体实施方式

以下对示例性实施例的描述参照附图。相同的附图标记在不同的附图中表示相同或相似的元件。以下的详细描述并不对本发明构成限制。取而代之地，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，参照涡轮机系统的术语和结构来讨论以下实施例。然而，接下来将讨论的实施例不限于这些示例性系统，而是可以应用于其它的系统。

在整个说明书中对“一个实施例”或“实施例”的称谓意味着与实施例相关的特定的特征、结构、或特性被包含在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，出现在整个说明书中的各个位置处的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不必指相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以通过任何合适的方式结合在一个或多个实施例中。

图3和图4示出了根据本发明的密封气体传输系统的示例性实施例。其中，压缩机110包括定子112，该定子112具有密封气体通路122，该密封气体通路122通过定子112延伸至干燥气体密封件114。密封气体可以通过定子112中的初级端口154被传输至干燥气体密封件114。

压缩机110还包括邻近干燥气体密封件114的迷宫式密封件158。如图3中所示，密封式密封件158设置有分配器140，该分配器140呈从迷宫式密封件158延伸的环形部的形式。分配器140设置有多个气体注入孔160；所述孔160定位在圆柱形表面上，具体而言，所述孔160根据一个圆沿圆形布置。

在压缩机110临时停机或空转期间，密封气体可以继续被供给至干燥气体密封件114，如上文所讨论的。至少一部分密封气体可以被分配器140接收并且通过多个密封气体注入孔160中的每一个围绕转子轴120的圆周被释放。该动作可以提高密封气体围绕轴的均匀分布(通过或不通过旋涡运动)并且由此抑制转子轴120的局部加热。

此外，分配器140还可以防止离开端口154的密封气体直接冲击转子轴120。例如，并且如图3中所示，迷宫式密封件158和干燥气体密封件114限定室156，涡轮轴120的表面在该室156中直接暴露于密封气体。由于分配器140布置于转子轴120与排气孔130之间，因此抑制或防止了潜在的热密封气体直接撞击该表面。

如可以在图4中被进一步领会的，气体注入孔160还可以被构造成提供密封气体在室156内的周向旋涡，从而进一步促进气体的循环以及热围绕轴120的均匀分布。如图4中所示，每一个气体注入孔160都可以限定轴线164，该轴线164与从转子轴120的纵向轴线延伸通过气体注入孔160的中心的径向直线166成角度168；换句话说，从孔160喷出的密封气体相对于与所述转子轴的纵向轴线相关地被限定的相应的径向方向倾斜。备选地，角度168可以在分配器140的孔160之间发生变化，以便例如引起更大程度的湍流，提供轴120在室156中的均匀加热。

图5和6示出了另一个示例性实施例。其中，气体传输系统包括密封气体通路222，该密封气体通路222通过定子212延伸至端口254。离开端口254的密封气体进入定子212中的凹槽255。

呈圆弧段或具有端部278的完整圆柱体240的分配器被布置成接近凹槽255内的排气孔254。例如，分配器240可以被机械地(例如，通过摩擦配合或紧固件)或者化学地(例如通过粘合剂或焊接件)固定在凹槽255内。在图5和6的实施例中，分配器240的中点可以布置于排气孔254与压缩机210的转子轴之间以接收离开排气孔254的密封气体。离开排气孔254的密封气体首先可以偏转并且因此例如在顺时针和逆时针方向上沿凹槽255被推动。密封气体还可以通过孔276中的任何一个。通过该方式，密封气体可以围绕压缩机210的转子轴分布并且可以由此可以防止或抑制在压缩机210的临时关机期间在转子轴上或转子轴附近形成局部高温区域。分配器240可以设置于凹槽255内，作为压缩机210的制造工艺的部件，即作为原始设备，或者备选地，分配器240可以被设置成改造期间引入凹槽255中的售后产品。

在图5和6中所示的实施例中，分配器240被示为具有多个孔260的弧形段；孔260定位在圆柱形表面上，具体而言，孔260根据许多(具体而言5个)平行的圆沿圆形布置；孔260全部围绕转子轴布置；根据图6的优选的例子，孔260全部围绕转子轴规则地布置。然而，分配器240也可以设置成其它的构造。例如，分配器240被设置成不具有孔276，使得由分配器240接收的全部密封气体都沿凹槽255偏转。作为另一个例子,分配器240可以设置成完全环构造或者一系列环片段。分配器240中的孔260的尺寸和构造也可以发生变化。例如，如果分配器240被设置成一系列环片段，则每一个片段之间的空间都可以限定多个孔，密封气流可以通过所述多个孔被控制。

因此，根据图7的流程图中所示的示例性实施例，操作包括位于其转子轴上的端部密封件的涡轮机的方法(1000)能够包括在涡轮机停机期间将密封气体传输(1002)至端部密封件以及通过全部围绕所述转子轴布置的多个孔围绕转子轴分配(1004)密封气体的步骤。

尽管已将密封气体分配器描述成压缩机的部件，但是根据本发明的密封气体分配器可以被设置成端部密封件本身的部件。例如，本领域普通技术人员将领会，密封气体传输系统可以被构造成使得分配器可以结合到干燥气体密封筒中。

典型地，密封气体从容器(该容器是涡轮机的部件)流体地来到密封气体分配器；这种容器可以是小的或大的，并且不必仅专用于容纳密封气体的功能。

上述的实施例在本发明的所有方面都旨在说明，而不是构成限制。所有的这种改型和变型都被认为属于如所附权利要求限定的本发明的范围内。本申请的描述中所使用的元件、动作、或指令都不应当被理解成对本发明是关键的或基本的，除非被明确地这样描述。此外，如本文中所使用的，冠词“一个”旨在包括一个或多个物品。

Claims (15)

1.一种用于涡轮机转子轴上的端部密封件的密封气体传输系统，所述密封气体传输系统包括：

密封气体通路，所述密封气体通路用于将密封气体传输至所述端部密封件；

密封气体分配器，所述密封气体分配器用于从所述密封气体通路接收至少一部分所述密封气体，所述密封气体分配器具有多个孔，以用于在所述涡轮机停机期间围绕所述转子轴分配所述密封气体；

其中所述孔定位在圆柱形表面上，且其中所述多个孔相对于所述转子轴的纵向表面间隔开。

2.根据权利要求1所述的密封气体传输系统，其中所述孔沿圆形布置。

3.根据权利要求1所述的密封气体传输系统，其中所述孔全部围绕所述转子轴规则地布置。

4.根据权利要求1所述的密封气体传输系统，其中所述多个孔相对于所述转子轴的圆周表面间隔开。

5.根据权利要求1所述的密封气体传输系统，其中所述多个孔中的每一个孔均限定轴线并且所述轴线相对于从所述转子轴的纵向轴线延伸通过所述多个孔中的所述每一个孔的中心的径向直线成非零度角。

6.根据权利要求1所述的密封气体传输系统，还包括迷宫式密封件，其中所述迷宫式密封件被布置成接近所述端部密封件并且所述密封气体分配器包括从所述迷宫式密封件延伸的环形部。

7.根据权利要求1所述的密封气体传输系统，其中所述密封气体分配器包括弧形段或完整圆柱形。

8.根据权利要求1所述的密封气体传输系统，其中所述密封气体分配器包括环。

9.根据权利要求1所述的密封气体传输系统，其中所述端部密封件是干燥气体密封件。

10.一种涡轮机，包括：

定子；

转子轴，所述转子轴能够相对于所述定子旋转；

端部密封件，所述端部密封件布置于所述定子与所述转子轴之间；

密封气体通路，所述密封气体通路用于将密封气体传输到所述端部密封件；以及

密封气体分配器，所述密封气体分配器用于从所述密封气体通路接收至少一部分所述密封气体并且在所述涡轮机停机期间围绕所述转子轴分配所述密封气体；

其中所述密封气体分配器具有多个孔并且其中所述孔定位在圆柱形表面上，且其中所述多个孔相对于所述转子轴的纵向表面间隔开。

11.根据权利要求10所述的涡轮机，其中所述涡轮机包括根据权利要求1至9中任一项所述的密封气体传输系统。

12.根据权利要求11所述的涡轮机，其中所述涡轮机包括容纳密封气体的容器，其中所述容器流体连接至所述密封气体分配器。

13.一种操作涡轮机的方法，所述涡轮机包括位于其转子轴上的端部密封件，所述方法包括：

在所述涡轮机停机期间将密封气体传输至所述端部密封件；以及

通过全部围绕所述转子轴布置的多个孔围绕所述转子轴分配所述密封气体以防止所述转子轴的不均匀加热。

14.根据权利要求13所述的操作涡轮机的方法，其中从所述孔中的至少一些孔喷出的所述密封气体的流相对于与所述转子轴的纵向轴线相关地限定的相应的径向方向倾斜。

15.根据权利要求14所述的操作涡轮机的方法，其中全部所述孔喷出的所述密封气体的流相对于与所述转子轴的纵向轴线相关地限定的相应的径向方向倾斜。